电力系统暂态分析Chap1-重庆大学电气工程学院

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机电暂态


绪论

暂态过程分类

电磁暂态


变压器、线路等静止元件短路后引起的电流、电压突变及其后在 电感、电容型储能元件及电阻型耗能元件中引起的过渡过程称为 电磁过程。重点分析短路故障后网络中电流、电压变化，可不计 机组间角位移的变化 电磁暂态过程 主要与短路和自励磁有关，计算要应用磁链守恒 原理 , 引出暂态、次暂态电势、电抗及时间常数等参数 , 据此算 出各阶段短路的起始值及衰减时间特性。持续时间较波过程长 ， 为毫秒级（10-2～1S）
IB

SB 3U B
2 UB ZB SB
SB YB 2 UB
注意： 全网的功率基准值唯一 多电压级网络中，各级电网的电压基准值不同
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第二节 标幺制

基准值改变时标幺值的换算
X *( B ) X
X *( N ) X
SB
2 UB
SN
2 UN
X *( B)
UN X *( N ) U B
sin t sin

磁链的基准值 B LB I B 当ω=2πfN=ωB时
X B L
t sin *t* B t B
X * L*
LI
E B LI B
* L* I*
E* *
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第三节 无限大功率电源的三相短路电流分析

本节一些变量下标的说明

一、短路故障

短路原因
载流部分相间绝缘或对地绝缘损坏、鸟兽跨接在裸露载流部分、气 象条件恶化（大风、覆冰）引起倒塔、人为事故及其它原因

短路后果
1.短路点的电弧高温使设备烧坏 2.短路电流的热效应引起的温度升高加快绝缘老化，甚至烧坏设备 3.短路电流产生的电动力使设备导体变形或损坏 4.引起电网中电压降低，使负荷运行稳定性破坏—电动机停转 5.发电机输出电磁功率的改变导致转子转矩不平衡，可能失去同步 6.不对称短路时出现的零序电流将对邻近通讯线路形成干扰 7.不对称短路时出现的负序电流将引起旋转电机转子的附加发热


电力系统的计算有两种计算体系 有名制：采用有单位（ V、A、W、Ω、S等）的 数值（有名值）表示物理量和进行计算的方法。 绝对单位制。 标么制：采用没有单位的相对值（标么值）表示 物理量和进行计算的方法。相对单位制。
有名值（、S、kV、kA、MVA等） 标么值= 基准值（与相应有名值单位相同）
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第一节 故障概述

一、短路故障

短路概念
一切不正常的相与相或相与地之间的连接称为短路，又叫横向故障

短路类型（short-circuit fault ）
三相短路（5％） 两相短路（10％）
f（2） 不对称 故障
f（3）
单相接地短路（65％） 两相短路接地（20％）
f（1） f（1,1）
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第一节 故障概述
无限大电源的概念
电压和频率保持恒定的电源称为无限大功率电源

电源容量无限大时，外电路发生短路或其他扰动引起的功率改变相 对于电源容量微不足道，故电源频率（同步发电机转速）保持恒定 无限大功率电源可看作无限个有限功率电源并联而成，根据戴维南 定理其等效内阻抗为无限个有限内阻抗的并联值，故为零。内阻抗 为零使得负荷变化时其端电压总保持不变 无限大电源：UG=常数、xG=0、ω=常数
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课程内容

电磁暂态分析的主要内容：



电力系统故障分析的基础知识（第一章） 同步发电机突然三相短路分析（第二章） 电力系统三相短路电流的实用计算（第三章） 对称分量法与电力元件的各序参数和等值电路 （第四章） 不对称故障的分析计算（第五章）
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课程考试及答疑


平时成绩 20 平时作业及课堂表现 出席情况 答疑安排：
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第二节 标幺制

多电压网络等级中元件参数标么值的计算



参数归算法：先将各电压等级的有名值参数都归算到基 本级，再除以基本级的基准值，折算为标么值。 基准值归算法：先将基本级的基准值归算到各电压等级 得到各级的基准值，再将各级未经归算的有名值除以各 级的基准值，折算为标么值。 常用的标么值归算法：
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第二节 标幺制

三相星形接线系统标幺制下的基准值约束关系
S B U B I B U B Z B I B YB 1 Z B S B 3 S B U B 3U B
U * Z* I * U * S* U* I* S *
在标幺制中三相电路的关系 式类似于单相电路
（1）准确计算法 U B 2 121kV S B 100MVA
10.5 10.5kV 121 6.6 U B3 U B 2 / k2 121 7.26kV 110 SB 100 I B1 5.5kA 3U B1 3 10.5 SB 100 I B2 0.48kA 3U B 2 3 121 SB 100 I B3 7.95kA 3U B 3 3 7.26 U B1 U B 2 / k1 121
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绪论

本课程的任务


《电力系统稳态分析》：电力系统稳态运行的分析计算
《电力系统暂态分析》：电力系统电磁暂态过程和机电 暂态过程的分析计算


电磁暂态过程分析又称为电力系统故障分析（第一篇）
电力系统机电暂态过程分析主要讨论电力系统运行的 稳定性，所以又称为电力系统稳定性分析（第二篇）

《高电压技术》——波过程的分析计算
ZB、YB ：单相阻抗、导纳的基准值 UB、IB ：线电压、线电流的基准值 UΦB、SΦB ：相电压和单相功率的基准值 SB：三相功率的基准值
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第二节 标幺制

三相电气系统基准值的一般取法

取线电压基准值UB ，一般取网络额定电压 取三相功率基准值SB，一般取100MVA，1000MVA 根据约束关系计算其它基准值 ：
SB UN S X *( N ) U N B
2
IB I N
如果 U B U N
U k % SB SB X X X 变压器 T*( B ) 发电机 G*( B ) G*(N) 100 SN PN / cos N U R % SB 电抗器 X R*( B ) 100 SN


电力系统电磁暂态 分析
重庆大学电气工程学院电力系 主讲老师 赵渊教授
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绪论

几个基本概念 电力系统 ： 由生产、变换、输送、分配、消费
电能的发电机、变压器、变换器、电力线路和各 种用电设备（一次设备）以及测量、保护、控制、 通讯等智能装臵（二次设备）组成的统一整体。 运行参量：定量地确定了系统运行状态，包括 功率、电压、电流、频率以及角位移等 元件参数：由元件物理特性决定，代表元件特 性，直接影响运行参量大小，包括阻抗、导纳、 变比、时间常数和放大倍数等
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绪论

稳态：电力系统正常的相对静止的运行状态，系统参数不变， 运行参量不变或在某一均值附近持续地以较小幅度变化 暂态：受扰后系统参数改变，系统从原来的稳定运行状态向 新系统参数对应的运行状态过渡的过程，运行参量可能发生 较大变化，例如出现过电压、过电流、机组失步


稳态与暂态的相对性：电力系统的系统参数无时无刻不在变 化，所以电力系统时刻处于暂态过程中，但如果系统参数变 化较小，过渡过程中运行参量的变化很小，就称为稳态；当 系统参数变化很大时（如短路时），过渡过程中运行参量变 化大，称为暂态。
5.5kA 0.5kA 9.5kA
100 X G* 0.26 0.87 30 100 X T1* 0.105 0.33 31.5 100 X II * 0.4 80 0.24 2 115 100 X T 2* 0.105 0.7 15 6 9.2 X R* 0.05 1.46 6.3 0.3
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绪论

暂态过程分类

波过程

与运行操作或雷击时的过电压有关，涉及电流、电压波的传播。 波过程的计算不能用集中参数 , 而要用分布参数，过渡过程很短 暂，为微秒级 大扰动引起发电机等转动元件的输出电功率突变造成机械和电磁 转矩不平衡，引起转子的摇摆、振荡过程称为机电过程，重点分 析发电机转子运动规律，讨论电力系统运行的稳定性，可对一些 电磁运行参量作近似假设。 机电暂态过程既依赖于发电机电气参数 , 也依赖于发电机的机械 参数，并且电气运行状态与机械运行状态相互关联 , 是一种机电 联合的一体化的动态过程。这类过程的持续时间最长 ，为秒级 （1-10S）
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第二节 标幺制
（2）近似计算法 S B 100MVA
U B1 10.5kV
U B 3 6.3kV
U B 2 115kV
I B1 I B2 I B3
SB 3U B1 SB 3U B 2 SB 3U B 3


100 3 10.5 100 3 115 100 3 6.3

选择全网统一功率基准，选择各级电网额定电压为各自基准电压 将未经归算的各级有名值除以各级的基准值，折算为标么值 理想变压器的变比用标幺值变比（实际变比除以基准变比）表示 假定变压器变比为各电压等级的平均额定电压之比 选取各电压等级的平均额定电压为基准电压
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近似计算法


第二节 标幺制

时间待定 地点待定

考试安排： 初步定在课程结束后1周内
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